高速重轨钢要求高洁净度、高强度、高韧性、细珠光体。非金属夹杂物对重轨钢的性能有着重要的影响,目前国内某厂家生产的重轨钢中A类夹杂物(主要是MnS)评级较高,达到甚至超过3.0级。本文通过对U75V重轨钢的连铸坯和对应的钢轨进行研究,得到其凝固组织及MnS夹杂物在铸坯和钢轨内的形貌特征和分布规律,结合热力学和动力学计算分析MnS夹杂物的形成机理并提出控制措施,再根据实验室保温实验给出最优的控制参数,为进一步提升我国重轨钢的质量提供理论依据及生产指导。通过观察重轨钢连铸坯和钢轨的凝固组织及MnS夹杂物的二维和三维形貌特征,发现在铸坯内MnS夹杂物的分布规律为：从边缘到中心,纯MnS的形貌由球状和纺锤状,逐渐变为长条状、花瓣状、多面体和不规则状,最后变成沿晶界分布和沿树枝晶疏松处分布的片状,尺寸逐渐增大：而MnS在氧化物表面析出生成的氧硫化物,在边缘处MnS完全包裹氧化物,随着铸坯厚度增加,硫化物层越来越薄,在铸坯厚度1/4区域的氧化物表面大部分是点状的MnS夹杂物。在钢轨内,MnS夹杂物普遍沿轧制方向呈长条状,沿重轨横截面方向,夹杂物普遍呈圆状、椭圆状和褶皱状,但在轨头和轨底处的MnS夹杂物更加细长，在轨腰处比较扁平。根据无水有机溶液电解法得到MnS完整的三维形貌,结合前人的研究成果,对其形貌分类进行了修改和补充：第一类椭球状、第二类长棒状、第三类板片状、第四类不规则形状或多面体、第五类树枝状和第六类在氧化物表面析出的点状。通过热力学计算，发现MnS夹杂物在1619 K、即靠近固相线才开始析出。利用偏析模型计算出MnS在固相分数为0.94时形成。且发现S的富集程度远远大于Mn,固相分数为0.9时残余液相中的Mn和S的质量分数分别达到1.427%和0.12%,分别是其初始质量分数的1.64和9.23倍。通过调整钢中Mn和S含量及冷却速率,可以控制MnS的析出。动力学计算结果表明,MnS粒子在重轨钢凝固过程以均质形核和晶界形核为主导：MnS的有效形核温度为1634 K，把硫含量降低到50 ppm以下,能够推迟MnS析出、降低MnS的形核率、临界直径和尺寸长大：提高冷却速率也能够降低MnS临界析出半径,减小其尺寸。通过研究重轨钢连铸坯和钢轨在加热保温过程中MnS夹杂物的形态演变,发现在1200℃下,MnS形态演变缓慢；在1300℃下,保温时间超过30 min有助于MnS粒子分裂：而在1400℃情况下,MnS发生分解和固溶;当冷却再析出后,MnS在晶界处析出量最多,且二维观察到单个MnS尺寸较小,但聚集一起会形成超大尺寸的MnS夹杂物。对高硫的铸坯试样,在1300℃保温30 min左右时MnS的形态演变由Mn或S元素的扩散控制向固溶反应速率控制转变。而对于钢轨内的长条状MnS,发现在1300℃下,形态演变限制性环节的转变节点处于保温时间为30～60 min。通过研究“重熔→冷却→保温”条件下MnS的析出行为,发现降低冷却速率,MnS的形貌从近球状和纺锤状逐渐向棒状和长条状演变,且1300℃时保温30～60 min是限制性环节的转变节点。对比高硫([S]=130 ppm)、低硫([S]=81 ppm)的试样,发现在1200℃时,随着保温时间增加,MnS的数量密度在高硫试样中降低,在低硫试样中增加；而在1400℃时,随着保温时间增加,MnS的数量密度在高硫试样中增加,在低硫试样中降低。这说明高温有助于控制低硫样中的MnS。因此,将钢中的硫含量降低到81 ppm以下,能够使加热温度和保温时间对控制MnS夹杂物更为合理有效。针对该厂的实际情况建议将钢中的硫含量降到40 ppm以下。此外建议增加轨头对应的铸坯宽面右侧的柱状晶区比例,达到降低MnS评级的目的。